基于PBL模式的有機(jī)波譜解析課程教學(xué)研究

朱鵬飛 劉梅 閆立偉

【摘要】PBL作為一種先進(jìn)的教學(xué)模式，體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。文章結(jié)合有機(jī)波譜解析課程特點及其教學(xué)現(xiàn)狀，分析了PBL應(yīng)用于有機(jī)波譜解析教學(xué)的可行性和必要性，結(jié)合案例，提出了基于PBL教學(xué)模式的有機(jī)波譜解析課程教學(xué)思路。經(jīng)過初步實踐，取得良好效果。

【關(guān)鍵詞】PBL模式 ?有機(jī)波譜解析 ?教學(xué)研究 ?探索

【Abstract】The PBL as an advanced teaching model， which really reflects“students centered” education concept. Combined with the characteristics of organic spectrum analysis course and its teaching status， analyzes the feasibility and necessity of the teaching of organic spectrum analysis course through PBL model， and through typical cases， the teaching idea of organic spectrum analysis course based on PBL teaching model is proposed. After preliminary practice， good teaching results was obtained.

【Keywords】PBL model; organic spectrum analysis; teaching research; explore

【基金項目】西南石油大學(xué)2018年本科課程教學(xué)改革研究項目（X2018KZ018）;中國高教學(xué)會高等教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃課題（2019SYSYB15）。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2020）49-0056-02

有機(jī)波譜解析是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是鑒定和表征有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、探討化學(xué)反應(yīng)機(jī)理等的重要手段，在化學(xué)、化工、材料、石油、環(huán)境、醫(yī)藥、衛(wèi)生等相關(guān)領(lǐng)域具有極強(qiáng)的應(yīng)用背景，是相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人員必備的基礎(chǔ)知識和基本技能[1-3]。但由于該課程內(nèi)容抽象，數(shù)據(jù)、譜圖繁多，知識點繁雜，綜合性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大[3，4]。目前諸多教師仍采用傳統(tǒng)的以授課為基礎(chǔ)的（Lecture？鄄based Learning，LBL）教學(xué)模式進(jìn)行該課程的教學(xué)，該教學(xué)模式雖具有重難點突出、傳授知識系統(tǒng)性強(qiáng)等優(yōu)點，但該模式主要以教師為中心，學(xué)生被動接受知識，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性不高，識譜解譜能力差[4，5]。以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)（Problem？鄄based Learning，PBL）教學(xué)模式于20世紀(jì)60年代末由美國神經(jīng)病學(xué)教授Barrows提出，主要是解決醫(yī)學(xué)類課程教學(xué)中知識點多，綜合性強(qiáng)，理論抽象，學(xué)生習(xí)慣死記硬背、實踐能力和學(xué)習(xí)積極性差等問題[6]。該教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以問題為導(dǎo)向，學(xué)生為中心，將學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過學(xué)習(xí)者合作來解決具體問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建廣博的知識基礎(chǔ)，形成理解、分析和解決問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的能力與團(tuán)隊協(xié)作精神[5，6]。有機(jī)波譜解析作為一門實踐性很強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)“學(xué)了會用”[7]，與醫(yī)學(xué)類課程特點有較大的相似性，因此，結(jié)合有機(jī)波譜解析的課程特點，合理地將PBL教學(xué)模式運用到該課程教學(xué)中，具有重要的研究意義和實際價值。

1.PBL應(yīng)用于有機(jī)波譜解析的可行性和必要性分析

有機(jī)波譜解析課程突出的特點是理論與實際結(jié)合緊密。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握基本概念和原理，能較熟練地根據(jù)譜圖信息推測、確定出有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)和實事求是的科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生理解、分析和解決問題的能力，為今后解決生產(chǎn)、科研中的實際問題打下扎實的理論基礎(chǔ)。這與PBL教學(xué)目標(biāo)具有較大的相似性。其次，譜圖解析尤其是綜合解析難度較大，問題復(fù)雜，解析過程包括提取和轉(zhuǎn)換譜圖信息、查閱相關(guān)資料、譜峰歸屬、經(jīng)驗推測、得出初步結(jié)論、檢驗結(jié)果等一系列步驟，知識點多，綜合性強(qiáng)，通常需要學(xué)生以小組協(xié)作的方式來討論、探索、分析和解決問題，這與PBL模式的組織形式相同。再者，有機(jī)波譜中有些譜圖解析可能沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，只有最佳解析結(jié)果，這正好契合了PBL模式中要求教師設(shè)計的問題要有現(xiàn)實性、復(fù)雜性和結(jié)論的不確定性這一特點。此外，PBL模式以欲解決的問題為導(dǎo)向，將實際問題與學(xué)習(xí)過程相結(jié)合，在解決實際問題過程中完成知識的建構(gòu)和綜合能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)“在做中學(xué)”[3]。而有機(jī)波譜中的部分問題正好來自教師科研或?qū)W科前沿中的問題，例如，教師可以將“四譜”綜合解析等較復(fù)雜的問題置于項目中，布置給學(xué)生。學(xué)生認(rèn)識到這些問題與社會前沿結(jié)合緊密，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)在動力，并促進(jìn)學(xué)生在解決問題過程中繼續(xù)學(xué)習(xí)，不斷完善自身知識體系的建構(gòu)，提高識譜、解譜能力乃至分析和解決問題的能力。

2.有機(jī)波譜解析課程PBL教學(xué)模式研究

結(jié)合有機(jī)波譜解析課程和PBL教學(xué)模式的特點，有機(jī)波譜解析PBL教學(xué)模式可分為“提出問題”、“引導(dǎo)學(xué)習(xí)”、“組織討論”、“總結(jié)評價與反饋”四個階段。

2.1提出問題

PBL教學(xué)模式中，問題是學(xué)習(xí)的起點，問題的設(shè)計是關(guān)鍵[3]。有機(jī)波譜解析課程內(nèi)容抽象，涉及到大量的基本概念、理論和各種化合物的波譜特征，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。教師在設(shè)計問題時，應(yīng)結(jié)合實際案例，突出有機(jī)波譜分析方法的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。比如：在緒論課時，教師可以圍繞“為什么學(xué)”、“學(xué)什么”、“怎樣學(xué)”這三個問題展開，引導(dǎo)學(xué)生思考。此外考慮到傳統(tǒng)的LBL模式對于學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程知識有一定優(yōu)勢。教師可以在對課堂內(nèi)容精簡的基礎(chǔ)上，適當(dāng)采用LBL教學(xué)法系統(tǒng)講授有機(jī)波譜的核心知識（如基本原理等），使學(xué)生建立一定的理論基礎(chǔ)，并引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)相關(guān)知識點，鼓勵學(xué)生和教師一起收集相關(guān)譜圖資料或案例，教師再進(jìn)行精選。然后在“典型化合物特征”和“譜圖解析”教學(xué)過程中，再引入PBL教學(xué)模式，并按“典型化合物特征—單譜解析—四譜綜合解析—社會生產(chǎn)或科研應(yīng)用”，循序漸進(jìn)、由易到難，創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置問題?？蓪⒂袡C(jī)波譜知識與社會中的熱點問題結(jié)合起來。例如：針對我國抗生素濫用現(xiàn)象嚴(yán)重，對人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重危害這一熱點問題，可以設(shè)置如下遞進(jìn)式案例：近年來養(yǎng)殖業(yè)濫用抗生素現(xiàn)象嚴(yán)重，給動物性食品的安全帶來潛在隱患，同時也對人類健康及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。其中四環(huán)素類抗生素作為一類廣譜性抗生素，是養(yǎng)殖場常用的一類抗生素，查閱資料，小組討論后回答以下問題：（1）四環(huán)素類抗生素主要有哪些？寫出化合物的結(jié)構(gòu)式，其化合物結(jié)構(gòu)有何相似性？其紅外（或核磁等波譜）特征峰有哪些？（2）下圖（圖略）分別是幾種四環(huán)素抗生素的紅外光譜，哪一個是鹽酸四環(huán)素的譜圖？寫出主要推斷過程;（3）計算鹽酸四環(huán)素的主要官能團(tuán)在近紫外區(qū)的最大吸收波長，并與其實測值對比;在酸性或堿性條件下，其α，β不飽和羰基處的紫外吸收峰將會發(fā)生怎樣變化？為什么？（4）請通過分析測試平臺測試某種四環(huán)素類抗生素（教師提供樣品）的UV-vis、IR、HNMR和MS圖，結(jié)合譜圖，解析該化合物的可能結(jié)構(gòu)，并寫出主要解析步驟;（5）查閱文獻(xiàn)，設(shè)計出檢測某流域水體中是否含有某抗生素（此處可分組列出不同抗生素）;（6）課外拓展和延伸：如何有效處理水體中的抗生素污染。將問題以項目的形式下達(dá)給學(xué)生，供學(xué)生以小組形式自主學(xué)習(xí)完成。通過上述問題的設(shè)計，層層遞進(jìn)，將學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)識、生活經(jīng)驗和所學(xué)知識相聯(lián)系，將問題置于真實社會情境中，讓學(xué)生帶著問題和任務(wù)去學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生求知欲和自主學(xué)習(xí)動力。

2.2引導(dǎo)學(xué)習(xí)

教師拋出問題后，學(xué)生帶著問題開展學(xué)習(xí)活動。在本階段，教師充當(dāng)引導(dǎo)者的角色，鼓勵學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，并幫助學(xué)生組建好學(xué)習(xí)小組，保證全班學(xué)生“人人入隊”。同時，教師還應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生利用檢索工具查閱文獻(xiàn)資料開展自主學(xué)習(xí)，并做好解決問題的準(zhǔn)備工作，如：學(xué)習(xí)并歸納總結(jié)各類有機(jī)化合物化學(xué)鍵、官能團(tuán)的典型特征，練習(xí)譜圖解析習(xí)題，總結(jié)譜圖解析技巧等，然后針對具體問題嘗試分析問題，盡可能將自己能解決的問題解決，形成初稿，并將一時難以解決的問題標(biāo)記下來，待討論過程中和組員探討。此外，為保證“引導(dǎo)學(xué)習(xí)”階段的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)生自主學(xué)習(xí)參與度，還可以通過組長負(fù)責(zé)、隊員監(jiān)督、教師抽查等方式提醒和督促學(xué)生按進(jìn)度完成學(xué)習(xí)任務(wù)，盡可能讓所有學(xué)生都經(jīng)歷自主學(xué)習(xí)這一過程。

2.3組織討論

經(jīng)過前期學(xué)生自主學(xué)習(xí)后，組長先在課外將小組成員組織在一起，各成員將自己獲得的信息與組員分享，一起分析問題，相互交流，整合信息，優(yōu)化結(jié)果，撰寫項目報告，并準(zhǔn)備匯報PPT，進(jìn)行小組預(yù)答辯。同組成員相互提問、討論，補(bǔ)充完善報告。然后教師將各小組集中，讓每組派代表以PPT形式匯報問題解決思路、譜圖解析過程和結(jié)果等，檢驗學(xué)生“學(xué)了是否會用”，以及“怎么用”這一核心問題。其他組同學(xué)充當(dāng)評委，參與提問，審查答辯組同學(xué)解析推理是否正確，證據(jù)是否充分？解釋是否合理？是否還有其他答案？教師適時引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生間的相互討論和質(zhì)疑，注意控制時間，把握方向、討論深度和廣度，進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，幫助各小組進(jìn)一步將匯報結(jié)果補(bǔ)充和完善，最終幫助學(xué)生完成對知識的吸收與內(nèi)化。對學(xué)生的答辯過程錄像，選取和剪輯優(yōu)秀答辯小組的視頻作為教學(xué)補(bǔ)充資料供學(xué)生課外學(xué)習(xí)。通過這種“組織討論”的形式匯報解答過程與結(jié)果，不僅完成了學(xué)生間知識的傳遞，讓學(xué)生對所學(xué)知識有更深入的理解，而且這種“同齡化學(xué)習(xí)”模式相比教師直接傳授知識，學(xué)生對知識的接受程度和學(xué)習(xí)興趣更大，學(xué)生的進(jìn)取心更強(qiáng)。此外，通過小組協(xié)作和組織討論的形式還可促進(jìn)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力的培養(yǎng)，較好地鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力及臨場應(yīng)變能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.4總結(jié)評價與反饋

討論結(jié)束后，學(xué)生評委對各答辯組進(jìn)行評分，教師對每組的匯報情況進(jìn)行總結(jié)評價，對學(xué)生提出的一些難以解答的問題答疑解惑，并著重為學(xué)生指出在波譜解析過程中，儀器測試條件導(dǎo)致的譜圖質(zhì)量問題、物質(zhì)結(jié)構(gòu)相似性和復(fù)雜性問題，以及波譜分析技術(shù)仍處于不斷發(fā)展和完善階段等問題，可能會導(dǎo)致不是所有的譜圖都有標(biāo)準(zhǔn)解析答案，解析結(jié)果可能不止一個，允許求同存異，大家共同努力找出最佳解析結(jié)果。同時也可借此鼓勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)知識，不斷完善波譜分析技術(shù)。針對部分有單獨輔導(dǎo)需求的同學(xué)，一方面教師可結(jié)合“線上線下”對其輔導(dǎo)，另一方面也可以引導(dǎo)學(xué)生通過“結(jié)對子”的方式輔導(dǎo)，相互幫助，共同提高。此外，在該課程中，為了及時跟蹤和檢測學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果，除了通過組織討論的形式檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，教師還可以組織分階段考核的形式加強(qiáng)對學(xué)生平時學(xué)習(xí)情況的檢測，以便在教學(xué)過程中做到有的放矢。另外，還可以利用微信等新媒體平臺調(diào)查學(xué)生和教師對這種新的教學(xué)模式的意見和建議，并將收集到的問題進(jìn)行歸納總結(jié)，開展教研活動，不斷改進(jìn)和完善該教學(xué)模式，進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)路線，促使該課程教學(xué)目標(biāo)的更大程度達(dá)成。

結(jié)語

有機(jī)波譜解析PBL教學(xué)模式突出了“以問題為導(dǎo)向，學(xué)生為主體，教師是關(guān)鍵”的教學(xué)理念，促使學(xué)生從原來單純的知識接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的建構(gòu)者，教師從原來的知識單向傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R習(xí)得的引導(dǎo)者和促進(jìn)者。筆者從2018年開始將該教學(xué)模式在實驗班級進(jìn)行探索性實踐，已初步取得良好效果。學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，識譜、解譜技能，自主學(xué)習(xí)能力，探究、解決問題能力和團(tuán)隊精神均有所提高。直接表現(xiàn)是學(xué)生在課外科技活動和本科畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)，已能較熟練地分析、解析譜圖，能較好地運用有機(jī)波譜知識協(xié)助導(dǎo)師開展課題研究，并有較好的邏輯推理、團(tuán)隊協(xié)作和口頭表達(dá)能力，導(dǎo)師對學(xué)生的滿意度上升。當(dāng)然，該教學(xué)模式在實施過程中也具有一定困難，比如該模式更強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的自覺性和自主學(xué)習(xí)能力，這對習(xí)慣于被動接受知識傳授的學(xué)生提出了更高要求，同時對教師的問題設(shè)置能力、教學(xué)環(huán)境設(shè)計能力、課堂組織和引導(dǎo)能力等方面也是一種挑戰(zhàn)。因此教師需要更加主動地學(xué)習(xí)，更新教學(xué)觀念，在教學(xué)過程中，凝練和設(shè)計出好的問題，發(fā)揮好引導(dǎo)作用，采取有效的學(xué)習(xí)效果考核和激勵辦法，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力和信心，變被動學(xué)習(xí)為主動探究，提高其解譜能力和探究、解決問題的能力。同時，教師還需根據(jù)課程的特點，靈活選擇其他教學(xué)方法與PBL教學(xué)方法融合，相互補(bǔ)充與促進(jìn)，在實踐中不斷改進(jìn)和完善，以取得更好的教學(xué)效果。

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作者簡介：

朱鵬飛（1983-），男，高級實驗師，主要從事儀器分析和有機(jī)波譜分析教學(xué)研究工作。